[发明专利]嗜热脂肪酶基因、工程菌和嗜热脂肪酶及应用

说明书

技术领域

本发明属于生物工程领域，具体涉及一种来源于超嗜热细菌Fervidobacterium changbaicum CBS-1的嗜热脂肪酶基因、由该基因重组载体在常温宿主中表达的嗜热脂肪工程菌，以及利用该工程菌构建的嗜热脂肪酶及该嗜热脂肪酶在工业中的应用。

背景技术

生物催化技术的深入研究与广泛应用，是继生物制药和生物科技农业之后，生物技术发展的“第三次浪潮”和重要支柱，这一技术的核心就是生物催化剂的开发。而酶作为生物催化剂已经广泛应用于化工、食品、医药、轻工业等领域。但是工业生产所需的苛刻条件和酶稳定性之间的矛盾，长久以一直在制约着酶技术的发展和应用。近些年来随着人们对极端环境和微生物的深入研究，发现来源于超嗜热微生物的嗜热酶在高温下显示了良好的热稳定性和活性。因此，嗜热酶的研究开发与应用可以很大程度的缓解现代工业中的苛刻反应条件和酶稳定性之间的矛盾。嗜热酶将在现代工业技术领域呈现巨大的应用潜力，将会大大推动生物技术产业的快速发展。自1985年第一种嗜热酶即TaqDNA聚合酶被成功地用于聚合酶链式反应(PCR)后，生长在特殊高热环境下的微生物正日益引起人们的重视。在美国、日本、德国等地有20多个研究课题组正活跃于寻找嗜极菌及极端酶。近些年来，许多水解酶类的嗜热酶相继得到了开发，并在许多领域发挥了重要作用。嗜热酶不仅具有化学催化剂无法比拟的优点，如催化效率高和底物专一性强，而且酶的稳定性极好。它可以克服中温酶(mesophilic enzyme，20-55℃)及低温酶(psychrophilic enzyme，-2-20℃)在应用过程中常常出现的生物学性质不稳定的现象，从而使很多高温化学反应得以实现，这将极大地促进生物技术产业的发展，带动技术水平和生活质量的提高。

利用嗜热酶作为生物催化剂有如下优点：(1)酶制剂的制备成本降低。因为嗜热酶的稳定性高，因而可以在室温下分离提纯和包装运输，并且能长久地保持活性；(2)加快动力学反应。随着反应温度的提高，分子运动速度加快，酶催化能力加强；(3)减少了能耗。因为在高温情况下反应，因此对反应器冷却系统的要求标准降低；(4)提高了产物的纯度。在嗜热酶催化反应条件下(超过70℃)，很少有杂菌生存，从而减少了细菌代谢物对最终产物的污染。由于嗜热酶的高温反应活性，以及对有机溶剂、去污剂和变性剂的较强抗性，使它在食品、医药、制革、石油开采及废物处理等方面都有广泛的应用潜力。

脂肪酶(lipase，E.C.3.1.1.3)全称为三酰基甘油酯水解酶(triacylglycerolacylhydrolase)，是指能在油水界面上水解脂肪的酶。脂肪酶催化三酰基甘油酯反应式：

因为脂肪酶在工农及医药等很多方面有十分重要的作用，脂肪酶基因的研究引起人们的关注，迄今为止，人们已经对多种脂肪酶的基因进行了克隆和研究。但不同菌属细菌的脂肪酶基因差别很大。即使同一属各种之间的同源性也很差。目前研究结果表明，脂肪酶是一种丝氨酸酶类，其发挥生物活性需要通过Ser，Asp和His或Ser，Glu和His组成的三联体电子中继网来完成。除此之外，有些种类的脂肪酶还需要一个额外的Ala的存在才能发挥高催化活性。虽然脂肪酶蛋白的氨基酸序列总体的同源性不高，但底物结合部位的氨基酸序列的同源性较高，绝大多数已知序列的脂肪酶蛋白均含有Gly-Xxx-Ser-Gly这样一小段保守序列，而有的如枯草杆菌的脂肪酶含有Ala-Xxx-Ser-Xxx-Gly这样一段序列。第一个Xxx为His或Gly，第二个Xxx为Met、Glu、Leu或是Ala。同时这五个氨基酸附近的十个氨基酸具有较高的同源性。

迄今为止，绝大多数脂肪酶都来源于常温微生物或一般嗜热微生物，很多脂肪酶尽管具有较好的催化活性，但是却无法适应工业上较高温度的反应体系，而来源于超嗜热微生物的脂肪酶具有良好的热稳定性和高温发挥催化活性的特性，因此，嗜热脂肪酶的开发研究具有非常好的工业应用前景。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有酯水解功能的嗜热脂肪酶基因；

本发明的另一个目的是利用上述嗜热脂肪酶基因通过生物工程技术构建一种嗜热脂肪酶工程菌；